JP3444191B2 - Transcription factors that regulate the phenylpropanoid biosynthetic pathway - Google Patents

Transcription factors that regulate the phenylpropanoid biosynthetic pathway

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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、フェニルプロパノ
イド生合成に関与する遺伝子群の発現を制御する技術に
関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a technique for controlling the expression of genes involved in phenylpropanoid biosynthesis.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年の植物分子生物学の発展に伴い、セ
ンス遺伝子やアンチセンス遺伝子を利用し、病虫害抵抗
性や除草剤耐性などの有用形質を備えた植物品種等を育
種することが可能となってきた。即ち、目的の形質の発
現に関与する遺伝子を、植物で発現可能なプロモーター
にセンス方向又はアンチセンス方向に連結してキメラ遺
伝子を作成し、これをベクターとして植物に導入するこ
とにより、その目的形質の発現を促進、抑制するのであ
る。現在既に、かかる手法を応用して、例えば、Bac
illus thuringensis由来の殺虫性B
T毒素遺伝子をセンス方向に導入した病虫害抵抗性植物
(D.A.Fischhoff等、Bio/Techn
ology、vol.232、p.738−743、1
987)や、トマト果実の過熟に関するポリガラクツロ
ナーゼ遺伝子をアンチセンス方向に導入した日持ち良好
なトマト(C.J.Smith等、Nature、vo
l.334、p.724−727、988)等が作出さ
れている。
2. Description of the Related Art With the recent development of plant molecular biology, it is possible to cultivate plant varieties having useful traits such as pest resistance and herbicide resistance by using sense genes and antisense genes. It's coming. That is, a gene involved in the expression of a desired trait is linked to a promoter that can be expressed in a plant in a sense direction or an antisense direction to create a chimeric gene, and by introducing this into a plant as a vector, the desired trait is expressed. Promotes or suppresses the expression of. At present, applying such a method, for example, Bac
Insecticidal B from illus thuringensis
Pest-resistant plants into which the T toxin gene has been introduced in the sense direction (DA Fischhoff et al., Bio / Techn
logic, vol. 232, p. 738-743, 1
987) or a polygalacturonase gene relating to overripening of tomato fruit in the antisense direction and having a good shelf life (CJ Smith et al., Nature, vo).
l. 334, p. 724-727, 988) and the like.

【0003】こうした手法を用いた場合、通常、センス
遺伝子(目的形質を発現する遺伝子であって、プロモー
ターにセンス方向に連結された遺伝子)が導入された植
物体では、その目的とする形質の発現が促進され、アン
チセンス遺伝子(センス遺伝子と同じ遺伝子であるが、
これがプロモーターにアンチセンス方向に連結された遺
伝子)が導入された植物体では目的形質の発現の抑制が
起こる。アンチセンス遺伝子の導入により目的形質の発
現が抑制されるのは、植物細胞において、この遺伝子を
鋳型として作られるRNAが、目的形質の発現に関与す
るその植物本来の遺伝子に由来するmRNAと相補的に
結合し、以後のタンパク質合成を阻害するためである。
When such a technique is used, in a plant body into which a sense gene (a gene that expresses a target trait and is linked to the promoter in the sense direction) is introduced, the expression of the target trait is usually expressed. And the antisense gene (the same gene as the sense gene,
This suppresses the expression of the target trait in plants into which a gene (a gene linked to the promoter in the antisense direction) was introduced. The expression of the target trait is suppressed by the introduction of the antisense gene because the RNA produced using this gene as a template is complementary to the mRNA derived from the plant original gene involved in the expression of the target trait in plant cells. To inhibit subsequent protein synthesis.

【0004】しかし、植物の多くの遺伝子は小多重遺伝
子族(multi−gene family)を形成し
ており、こうした族を形成する遺伝子は、それぞれ互い
に、非常に高いヌクレオチド配列の相同性を示す。従っ
て、かかる遺伝子の発現をアンチセンス法を用いて抑制
しようとしても、アンチセンス遺伝子のRNAは、この
小多重遺伝子族を形成する他の多くの遺伝子のmRNA
ともランダムに結合してしまってその発現を抑制するた
め、目的とする遺伝子の発現のみを抑制することができ
ずに様々なパターンの形質発現抑制が引起こされ、期待
したものとは全く異なる結果を生ずることがあった。
However, many genes of plants form a small-gene family, and the genes forming these families show very high nucleotide sequence homology with each other. Therefore, even if the expression of such a gene is attempted to be suppressed by the antisense method, the RNA of the antisense gene is the mRNA of many other genes forming this small multigene family.
Since they bind to each other at random and suppress their expression, it is not possible to suppress only the expression of the target gene, and various patterns of phenotypic repression are caused, which is completely different from the expected result. Could occur.

【0005】一方、フェニルプロパノイド生合成経路
は、植物に特異的に存在する複雑に枝分かれした反応系
であり、リグニンやスベリンなどの細胞壁の構成成分、
花の色素、抗菌活性物質の生合成等に関わっている。ま
た、かかる生合成経路を経て得られるフェニルプロパノ
イドの誘導体は、UV保護剤、防虫剤等にも利用し得
る。従って、このフェニルプロパノイド生合成経路に関
与する遺伝子の発現を的確に促進・抑制できれば、この
生合成経路をコントロールし、リグニン低含量樹木の作
出や有用物質の大量生産等も可能となるが、この場合も
また、上記した遺伝子間の相同性の問題から、アンチセ
ンス法によるそのコントロールは困難であった。例え
ば、フェニルプロパノイド生合成経路にて働く酵素であ
る、フェニルアラニンアンモニアリアーゼ(PAL)や
ペルオキシダーゼ(PRX)の遺伝子をアンチセンス方
向に導入した形質転換植物は、生長阻害などの多面的な
抑制効果を示し(M.M.Campbell and
R.R.Sederoff、Plant Physio
l.、vol.110,.p.3−13、1996)、
また、カフェー酸O−メチルトランスフェラーゼ遺伝子
をアンチセンス方向に導入したタバコにおいては、期待
したリグニン含量の変化が検出されなかったことが報告
されている(W.Ni et al.、Transge
n.Res.、vol.3、p.120−126、19
94)。
On the other hand, the phenylpropanoid biosynthetic pathway is a complex branched reaction system that is specifically present in plants, and is composed of cell wall components such as lignin and suberin.
It is involved in flower pigments and biosynthesis of antibacterial substances. Further, the phenylpropanoid derivative obtained through such a biosynthetic pathway can also be used as a UV protective agent, an insect repellent and the like. Therefore, if the expression of genes involved in this phenylpropanoid biosynthetic pathway can be accurately promoted / suppressed, this biosynthetic pathway can be controlled to produce trees with low lignin content and mass production of useful substances. Also in this case, it was difficult to control the gene by the antisense method due to the above-mentioned problem of homology between genes. For example, a transgenic plant into which the genes for phenylalanine ammonia lyase (PAL) and peroxidase (PRX), which are enzymes that act in the phenylpropanoid biosynthetic pathway, are introduced in the antisense direction has multifaceted inhibitory effects such as growth inhibition. Show (MM Campbell and
R. R. Sederoff, Plant Physio
l. , Vol. 110 ,. p. 3-13, 1996),
In addition, it was reported that the expected change in the lignin content was not detected in tobacco in which the caffeic acid O-methyltransferase gene was introduced in the antisense direction (W. Ni et al., Transge.
n. Res. , Vol. 3, p. 120-126, 19
94).

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記、従来
技術の有する問題点に鑑み、植物のフェニルプロパノイ
ド生合成経路に関与する特定の遺伝子の発現を、的確に
促進・抑制することのできるDNA及びベクターを提供
することを目的とするものである。
In view of the above problems of the prior art, the present invention aims at appropriately promoting / suppressing the expression of a specific gene involved in the phenylpropanoid biosynthetic pathway in plants. It is intended to provide a DNA and a vector that can be obtained.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決すべく鋭意検討を行った結果、フェニルプロパノ
イド生合成経路に関与する特定の遺伝子群、即ち、シナ
ミルアルコールデヒドロゲナーゼ(CAD)遺伝子、カ
ルコン酸シンセターゼ(CHS)遺伝子、4−クマル酸
CoAリガーゼ(4CL)遺伝子、PAL遺伝子、PR
X遺伝子等において、5′上流非翻訳領域に、その発現
を制御する配列が存在すること、そしてその配列が、こ
れらの異なる遺伝子間で極めて高い相同性を有している
ことに着目し、この共通配列に結合してこれらの遺伝子
の転写を促進する因子(以下、単に転写因子と言う。)
を単離し、これをコードするDNAをセンス遺伝子、あ
るいはアンチセンス遺伝子として植物体に導入すること
により、これらの遺伝子群の発現が確実に促進・抑制さ
れることを見出し、本発明を完成した。
Means for Solving the Problems As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that a specific group of genes involved in the phenylpropanoid biosynthetic pathway, namely cinnamyl alcohol dehydrogenase (CAD). ) Gene, chalcone acid synthetase (CHS) gene, 4-coumaric acid CoA ligase (4CL) gene, PAL gene, PR
Focusing on the fact that a sequence controlling its expression exists in the 5'upstream untranslated region of the X gene and the like, and that the sequence has extremely high homology between these different genes, A factor that binds to a common sequence and promotes transcription of these genes (hereinafter simply referred to as a transcription factor)
It was found that the expression of these genes can be surely promoted and suppressed by isolating the gene of the present invention and introducing the DNA encoding the same into a plant as a sense gene or an antisense gene, and completed the present invention.

【0008】即ち、本発明の上記課題は、この転写因子
をコードするDNA、具体的には配列番号1に示す塩基
配列からなるDNA、このDNAとストリンジェントな
条件でハイブリダイズし、かつフェニルプロパノイド生
合成経路を制御する転写因子をコードするDNA、及び
これらのDNAを有する組替えベクターにより解決され
る。なお、ここでストリンジェントな条件としては、緩
衝液として6×SSC(0.9M NaCl、0.09
M クエン酸ナトリウム)、温度55℃を採用する。
That is, the above-mentioned object of the present invention is to provide a DNA encoding this transcription factor, specifically a DNA comprising the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1, which hybridizes with this DNA under stringent conditions and which is phenylpropanoic. It is solved by DNAs encoding transcription factors that control the biodegradation pathway of the noids and recombinant vectors containing these DNAs. In addition, the stringent conditions here include 6 × SSC (0.9 M NaCl, 0.09
M sodium citrate), temperature 55 ° C.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】以下に、本発明を詳細に説明す
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention is described in detail below.

【0010】フェニルプロパノイド生合成経路は広く植
物界に共通して保存されているため、これに関与する遺
伝子であるCAD遺伝子等の遺伝子、そして、これらの
遺伝子の発現を制御する転写因子も多くの植物が共通し
て有している。従って、本発明のDNAは、草本・木本
を問わず、定法に従い、多くの植物から単離することが
できる。また、本発明のDNAは、ホスファイトトリエ
ステル法(H.Hunkapiller等、Natur
e、vol.310、p.105−111、1984)
等の一般的な方法により、化学合成して得ることもでき
る。
Since the phenylpropanoid biosynthetic pathway is widely conserved in common in the plant kingdom, there are many genes involved in this, such as the CAD gene, and transcription factors that control the expression of these genes. Plants have in common. Therefore, the DNA of the present invention can be isolated from many plants according to a standard method regardless of whether it is herbaceous or woody. Further, the DNA of the present invention is obtained by the phosphite triester method (H. Hunkapiller et al., Nature.
e, vol. 310, p. 105-111, 1984).
It can also be obtained by chemical synthesis by a general method such as.

【0011】得られたDNAは、植物にて発現可能なプ
ロモーター、例えば、カリフラワーモザイクウィルスの
35Sプロモーター(CaMV35Sプロモーター)、
ノパリンシンセターゼのプロモーター、リブロース2リ
ン酸カルボキシラーゼ/オキシゲナーゼの小サブユニッ
トのプロモーター等の下流域にセンス方向、あるいはア
ンチセンス方向に連結して使用する。なお、目的遺伝子
(本発明において、発現の促進あるいは発現の抑制を図
る対象となる遺伝子)の発現を促進するためには本発明
のDNAをセンス方向にプロモーターに連結し、逆に、
目的遺伝子の発現を抑制するためには本発明のDNAを
アンチセンス方向にプロモーターに連結する。また、目
的遺伝子の発現促進を図る場合には、プロモーターにセ
ンス方向に連結した本発明のDNAと共に、その目的遺
伝子を他のプロモーターの下流域に連結したものを、一
つのベクターに組込み、あるいは、別個のベクターとし
て植物細胞に導入してもよい。
The obtained DNA is a plant-expressible promoter such as the cauliflower mosaic virus 35S promoter (CaMV35S promoter),
It is used by being linked in the sense direction or antisense direction to the downstream region of the promoter of nopaline synthetase, the promoter of ribulose diphosphate carboxylase / small subunit of oxygenase and the like. In order to promote the expression of the target gene (in the present invention, a gene to be targeted for promotion of expression or suppression of expression), the DNA of the present invention is linked to a promoter in the sense direction, and conversely,
In order to suppress the expression of the target gene, the DNA of the present invention is ligated to the promoter in the antisense direction. In order to promote the expression of the target gene, the DNA of the present invention linked to the promoter in the sense direction and the target gene linked to the downstream region of another promoter are integrated into one vector, or It may be introduced into plant cells as a separate vector.

【0012】プロモーターに連結されたDNAは、マイ
クロインジェクション法、エレクトロポレーション法、
ポリエチレングリコール法、融合法、高速バリスティッ
クベネトレーション法等を用いて、そのまま植物細胞に
直接導入することもできるが、植物への遺伝子導入用プ
ラスミドに組込み、これをベクターとして、植物感染能
のあるウィルスや細菌を介して間接的に植物細胞に導入
することもできる。かかるウィルスとしては、例えば、
カリフラワーモザイクウィルス、ジェミニウィルス、タ
バコモザイクウィルス、ブロムモザイクウィルス等が使
用でき、また、細菌としては、アグロバクテリウム・ツ
メファシエンス(Agrobacterium tum
efaciens 以下、A.ツメファシエンスと略
す。)、アグロバクテリウム・リゾジェネス(Agro
bacterium rhizogenes)等を使用
することができる。A.ツメファシエンスを用いるアグ
ロバクテリウム法により、植物への遺伝子導入を行う場
合には、かかるプラスミドとして、例えばpBI10
1、pBI121(いずれもClontech社)等を
用いることができる。
The DNA ligated to the promoter can be prepared by the microinjection method, electroporation method,
It can be directly introduced into plant cells directly by using polyethylene glycol method, fusion method, high-speed ballistic venelation method, or the like, but it can be introduced into a plant gene transfer plasmid and used as a vector to have plant infectivity. It can also be indirectly introduced into plant cells via viruses or bacteria. Examples of such viruses include:
Cauliflower mosaic virus, gemini virus, tobacco mosaic virus, brom mosaic virus, etc. can be used, and as bacteria, Agrobacterium tumefaciens ( Agrobacterium tum)
efaciens or less, A. Abbreviated as Tumefacience. ), Agrobacterium rhizogenes ( Agro
Bacterium rhizogenes ) etc. can be used. A. When a gene is introduced into a plant by the Agrobacterium method using Tumefaciens, such a plasmid is, for example, pBI10.
1, pBI121 (both from Clontech) or the like can be used.

【0013】本発明において、目的遺伝子の発現が促進
・抑制された植物体は、上記のような方法により本発明
のDNAが導入された植物細胞を、増殖・再分化させる
ことにより得ることができる。かかる植物細胞の増殖・
再分化のための条件は、植物の種類等に応じて適当に選
択してやればよい。
In the present invention, a plant body in which the expression of a target gene is promoted / suppressed can be obtained by proliferating / redifferentiating a plant cell into which the DNA of the present invention has been introduced by the above method. . Propagation of such plant cells
The conditions for regeneration may be appropriately selected depending on the type of plant.

【0014】本発明のDNA及びこれを組込んだベクタ
ーは、CAD遺伝子、CHS遺伝子、4CL遺伝子、P
AL遺伝子、PRX遺伝子等の発現を促進・抑制するこ
とができる。さらに、これらの遺伝子に限らず、これら
が有する前記共通配列がその転写調節領域に存在してい
る遺伝子であれば、いずれも、本発明のDNA及びベク
ターによりその発現を制御することができる。
The DNA of the present invention and a vector incorporating the same are used in the CAD gene, CHS gene, 4CL gene, P
It is possible to promote / suppress expression of AL gene, PRX gene and the like. Furthermore, not only these genes but also any gene in which the common sequence they have is present in the transcriptional regulatory region can be regulated by the DNA and vector of the present invention.

【0015】また、本発明により遺伝子の発現を促進・
抑制できる植物も、特に限定されない。基本的に、フェ
ニルプロパノイド生合成経路を有する植物であれば、本
発明の効果を得ることができると考えられる。例えば、
タバコを始め、イネ、アラビドプシス、ペチュニア等の
草本植物、ポプラ、ユーカリ、アカシア、スギ、マツ等
の木本植物に本発明は適用することができる。
The present invention also promotes gene expression.
The plant that can be suppressed is also not particularly limited. Basically, it is considered that the effect of the present invention can be obtained in any plant having a phenylpropanoid biosynthetic pathway. For example,
The present invention can be applied to not only tobacco but also grass plants such as rice, Arabidopsis, petunia, and wood plants such as poplar, eucalyptus, acacia, cedar, and pine.

【0016】[0016]

【作用】フェニルプロパノイド生合成経路に関与する遺
伝子に関しては、種々の植物種において、表1に示すよ
うな共通配列が見出されている(なお、表中、共通配列
の欄に記載された数字は、転写開始点からの距離(単位
はbp)を示す。)。
[Function] Regarding genes involved in the phenylpropanoid biosynthetic pathway, consensus sequences as shown in Table 1 have been found in various plant species (note that the consensus sequences are listed in the column of consensus sequence in the table). Numbers indicate the distance from the transcription start point (unit is bp).

【0017】[0017]

【表1】 [Table 1]

【0018】従って、この共通配列に結合する転写因子
は、これらの遺伝子群においてほぼ同様の構造をしてお
り、加えて、かかる転写因子をコードするDNAもま
た、互いに相同性の高い塩基配列を有していると考えら
れる。それゆえ、本発明のDNAは、植物やその転写因
子が働く遺伝子の種類を問わず、この共通配列を有する
CAD遺伝子、CHS遺伝子、4CL遺伝子、PAL遺
伝子、PRX遺伝子等の全てについて特異的に、その発
現を促進し、あるいは抑制することができるのである。
Therefore, the transcription factors that bind to this consensus sequence have almost the same structure in these gene groups, and in addition, the DNAs encoding these transcription factors also have highly homologous base sequences. It is believed to have. Therefore, the DNA of the present invention is specific for all of the CAD gene, CHS gene, 4CL gene, PAL gene, PRX gene and the like having this common sequence, regardless of the type of gene on which the plant or its transcription factor acts, Its expression can be promoted or suppressed.

【0019】即ち、本発明のDNAをセンス遺伝子とし
て植物体に導入した場合、その植物本来の転写因子に加
え、この遺伝子からも、その植物において上記共通配列
に結合し得る転写因子が合成される。これは、この遺伝
子が導入された植物の種類に関わらない。この結果、そ
の植物体内において、転写因子の発現量が全体として増
大し、より高い頻度でこれらの転写因子が共通配列に結
合するため、この配列を転写調節領域に有する遺伝子の
発現は促進されることとなるのである。
That is, when the DNA of the present invention is introduced into a plant as a sense gene, in addition to the original transcription factor of the plant, this gene also synthesizes a transcription factor capable of binding to the above-mentioned common sequence in the plant. . This is independent of the type of plant into which this gene has been introduced. As a result, the expression level of the transcription factor is increased as a whole in the plant body, and since these transcription factors bind to the common sequence at a higher frequency, the expression of the gene having this sequence in the transcriptional regulatory region is promoted. That will be the case.

【0020】一方、本発明のDNAをアンチセンス遺伝
子として植物体に導入した場合は、植物体内において、
この遺伝子を鋳型として作られるRNAが、その植物が
本来有する転写因子の遺伝子に由来するmRNAと相補
的に結合し、転写因子の合成を阻害する。この結果、転
写因子の発現量が減少し、上記共通配列へのその結合が
起こり難くなるため、この配列を転写調節領域に有する
遺伝子の発現は抑制されることとなるのである。
On the other hand, when the DNA of the present invention is introduced into a plant as an antisense gene, in the plant,
The RNA produced using this gene as a template complementarily binds to the mRNA derived from the gene for the transcription factor originally possessed by the plant, and inhibits the synthesis of the transcription factor. As a result, the expression level of the transcription factor decreases, and its binding to the above-mentioned common sequence does not occur easily, so that the expression of the gene having this sequence in the transcriptional regulatory region is suppressed.

【0021】[0021]

【実施例】以下に、本発明を実施例に基づいて説明す
る。
EXAMPLES The present invention will be described below based on examples.

【0022】[実施例1]1.タバコmRNAの単離、精製 種子発芽後、温室にて約1ヵ月間生育させたタバコの葉
約10gを、液体窒素存在下で粉砕し、その全RNAを
Chomcznskiらの方法で抽出した。
[Example 1] 1. Isolation and Purification of Tobacco mRNA After seed germination, about 10 g of a tobacco leaf that had been grown in a greenhouse for about 1 month was crushed in the presence of liquid nitrogen, and its total RNA was extracted by the method of Chomczznski et al.

【0023】得られた全RNAは、二炭酸ジエチル0.
2%を含む滅菌水に溶解し、温度65℃で5分間保温し
た後、当量の2倍量のローディング緩衝液(20mM
Tris−Hcl、pH7.6、0.1M NaCl、
1mM EDTA、0.1%SDS)を加えて希釈し、
予め活性化させておいたオリゴdTセルロースカラムに
アプライした。次いで、このカラムを、カラム容量の5
〜10倍量のローディング緩衝液、さらに、5倍量の洗
浄緩衝液(20mM Tris−Hcl、pH7.6、
0.5M NaCl、1mM EDTA、0.1% S
DS)を用いて洗浄した。溶出は、カラム容量に対して
2〜3倍量の溶出緩衝液(10mMTris−Hcl、
pH7.6、1mM EDTA、0.05% SDS)
をこのカラムに流すことにより行い、精製されたmRN
A10mgを得た。
The total RNA obtained was diethyl carbonate 0.2.
After dissolving in sterile water containing 2% and incubating for 5 minutes at a temperature of 65 ° C., a loading buffer (20 mM) of twice the equivalent amount
Tris-Hcl, pH 7.6, 0.1 M NaCl,
1 mM EDTA, 0.1% SDS) was added to dilute,
It was applied to a pre-activated oligo dT cellulose column. The column is then replaced by 5 column volumes.
-10 volumes of loading buffer, and 5 volumes of wash buffer (20 mM Tris-Hcl, pH 7.6,
0.5 M NaCl, 1 mM EDTA, 0.1% S
It was washed with DS). Elution was carried out with an elution buffer (10 mM Tris-Hcl, 2 to 3 times the column volume).
pH 7.6, 1 mM EDTA, 0.05% SDS)
Purified mRN
A10 mg was obtained.

【0024】2.cDNAライブラリーの作成 1で得られたmRNAより、Gubler & Hof
fmanの方法(Gubler et al.、vo
l.25、p263−269、1983)に従い、オリ
ゴdTプライマーを用いてcDNAを合成した。このc
DNAをファージDNAλgt11のEcoRI部位に
挿入した後、ラムダファージ外被タンパク(Gigap
ack II packaging extract
s、Stratagene社より市販。)を用いてin
vitroパッケージングを行い、組換えラムダファ
ージを得た。
2. Preparation of cDNA Library From the mRNA obtained in 1, the Gubler & Hof
fman's method (Gubler et al., vo
l. 25, p263-269, 1983), and cDNA was synthesized using an oligo dT primer. This c
After inserting the DNA into the Eco RI site of the phage DNA λgt11, the lambda phage coat protein (Gigap
ack II packing extract
s, commercially available from Stratagene. ) With in
Vitro packaging was performed to obtain recombinant lambda phage.

【0025】一方、大腸菌Y−1090株を10mlの
LBMM培地(トリプトン1%、食塩1%、酵母エキス
0.5%、硫酸マグネシウム10mM及びマルトース
0.4%)に接種し、37℃で12時間振とうして前培
養した。前培養後、遠心分離により菌体を集め、これを
予め4℃に冷却された10mMの硫酸マグネシウム10
mlに懸濁し、ラムダファージを感染しやすくしておい
た。
On the other hand, Escherichia coli Y-1090 strain was inoculated into 10 ml of LBMM medium (1% tryptone, 1% sodium chloride, 0.5% yeast extract, 10 mM magnesium sulfate and 0.4% maltose) and incubated at 37 ° C. for 12 hours. It pre-cultured by shaking. After pre-culturing, the cells were collected by centrifugation, and the cells were preliminarily cooled to 4 ° C with 10 mM magnesium sulfate 10
It was suspended in ml to make it susceptible to lambda phage infection.

【0026】感染は、こうして得られた大腸菌に上記組
換えラムダファージを混和し、37℃、15分間放置す
ることにより行った。
Infection was carried out by mixing the recombinant E. coli phage thus obtained with the above recombinant lambda phage and leaving it at 37 ° C. for 15 minutes.

【0027】3.転写因子のスクリーニング 組換えラムダファージを感染させた大腸菌Y−1090
は、1.5%寒天を含むLBMM培地上にて37℃で培
養した。そして約4時間後、プラークの発生が観察され
たところで、この培養プレート上に、予め10mMイソ
プロピルチオガラクトシド(IPTG)に浸して風乾し
ておいたナイロンメンブランフィルター(Hybond
−N(Amersham社))を載置し、37℃、一晩
放置後、これを取り除けた。次いで、このナイロンメン
ブランフィルターを、5%スキムミルクを含む結合緩衝
液(10mM Hepes、pH7.5、50mM N
aCl、 1mM EDTA)中に4℃、1時間浸漬し
てブロッキングし、さらに、同じ結合緩衝液にスクリー
ニングのためのプローブを加えたものに再度浸漬して、
4℃で2時間、このプローブと転写因子との結合反応を
行った。
3. Transcription factor screening E. coli Y-1090 infected with recombinant lambda phage
Were cultured at 37 ° C. on LBMM medium containing 1.5% agar. Then, after about 4 hours, when plaque generation was observed, a nylon membrane filter (Hybond) which had been soaked in 10 mM isopropyl thiogalactoside (IPTG) and air-dried on the culture plate in advance was observed.
-N (Amersham Co.) was placed and left at 37 ° C. overnight and then removed. The nylon membrane filter was then passed through a binding buffer (10 mM Hepes, pH 7.5, 50 mM N) containing 5% skim milk.
aCl, 1 mM EDTA) at 4 ° C. for 1 hour for blocking, and further soaked in the same binding buffer plus probe for screening,
A binding reaction between this probe and a transcription factor was performed at 4 ° C. for 2 hours.

【0028】ここでスクリーニングのためのプローブと
しては、インゲンの4CL遺伝子やPAL遺伝子、西洋
ワサビのPRX遺伝子等の5′上流非翻訳領域に存在し
ている共通配列(P−BOX配列:−CCACTTGA
GTAC−)を用いた。即ち、このP−BOX配列を有
する二本鎖オリゴヌクレオチドを合成により作成し、こ
れをジゴキシゲニン(DIG)でラベルして使用した。
As a probe for screening, a common sequence (P-BOX sequence: -CCACTTGA) existing in the 5'upstream untranslated region of the kidney 4CL gene or PAL gene, horseradish PRX gene or the like is used as a probe.
GTAC-) was used. That is, a double-stranded oligonucleotide having this P-BOX sequence was synthetically prepared and used by labeling with digoxigenin (DIG).

【0029】結合反応後のナイロンメンブランフィルタ
ーは、結合緩衝液で30分間3回、室温にて浸漬するこ
とにより洗浄し、次いで、化学発光検出による一次スク
リーニング及び二次スクリーニングを行った。その結
果、1.0×10個のプラークから、上記共通配列に
結合するタンパクを産生している陽性プラーク1個が検
出された。なお、本実験において、二本鎖合成オリゴヌ
クレオチドのDIGラベルから化学発光検出によるスク
リニーングに至る操作は、主にノンラジオアイソトープ
DIG−核酸検出法に従い、市販キット(ベーリンガー
マンハイム社製)を用いて行った。
After the binding reaction, the nylon membrane filter was washed by immersing it in binding buffer three times for 30 minutes at room temperature, and then subjected to primary screening and secondary screening by chemiluminescence detection. As a result, one positive plaque producing a protein that binds to the consensus sequence was detected from 1.0 × 10 6 plaques. In this experiment, the operations from the DIG label of the double-stranded synthetic oligonucleotide to the screening by chemiluminescence detection mainly follow the non-radioisotope DIG-nucleic acid detection method using a commercially available kit (Boehringer Mannheim). went.

【0030】4.共通配列結合タンパクをコードするD
NAの塩基配列の決定 上記陽性プラークを形成するファージから定法に従いD
NAを抽出した。得られたファージDNAのインサート
部分(2において、タバコから得られたcDNAを挿入
した部分。)を、λgt11のクローニングサイトを含
むプライマーを用いてPCR法で増幅し、アガロースゲ
ル電気泳動を行った結果、約1kbpのDNA断片の存
在が確認された。そこで、この1kbpDNA断片の末
端をリン酸化した後、プラスミドpNoTA/T7に組
込み(PRIME PCR CLONERTM CLO
NING SYSTEM(5prime、3prim
e、Inc.)を使用。)、この組換えプラスミドDN
Aについて、DNAシークエンサー(DNAシークエン
サーModel373S(Perkin−Elmer社
製))を用い、ダイデオキシ法により塩基配列を決定す
ることで、標記タンパクをコードするDNAの塩基配列
を決定した。
4. D encoding a consensus sequence binding protein
Determination of the nucleotide sequence of NA From the phage forming the above positive plaque, D
NA was extracted. The insert portion of the obtained phage DNA (the portion obtained by inserting the cDNA obtained from tobacco in 2) was amplified by PCR using a primer containing the cloning site of λgt11, and agarose gel electrophoresis was performed. The presence of a DNA fragment of about 1 kbp was confirmed. Therefore, after phosphorylating the end of this 1 kbp DNA fragment, it was integrated into the plasmid pNoTA / T7 (PRIME PCR CLONER CLO).
NING SYSTEM (5prime, 3prim
e, Inc. )use. ), This recombinant plasmid DN
Regarding A, the base sequence of the DNA encoding the title protein was determined by determining the base sequence by the dideoxy method using a DNA sequencer (DNA Sequencer Model 373S (manufactured by Perkin-Elmer)).

【0031】その配列を配列番号1に示すが、これよ
り、このタンパクは約200個のアミノ酸からなるもの
と考えられる。質量は約25kDaである。また、この
タンパクのホモロジー検索から(データベースとして、
SWISS−PROT Rel.34を使用。)、この
タンパクは、zinc finger motifの一
種であるLIMドメイン2単位から構成されていること
が推測される。そうであるとすれば、この転写因子は、
LIMドメインがDNAに結合することを示した最初の
例である。そこで、このタンパクをNtlim1と命名
した。
The sequence is shown in SEQ ID NO: 1, and it is considered that this protein is composed of about 200 amino acids. The mass is about 25 kDa. In addition, from the homology search of this protein (as a database,
SWISS-PROT Rel. Use 34. ), This protein is presumed to be composed of 2 units of LIM domain, which is a kind of zinc finger motif. If so, this transcription factor
This is the first example showing that the LIM domain binds to DNA. Therefore, this protein was named Ntlim1.

【0032】5.DNA結合活性確認のためのNtli
m1の取得 以上のようにしてスクリーニングしたタンパク、Ntl
im1のDNA結合能を確認するため、大腸菌でこれを
必要量産生させることを試みた。
5. Ntli for confirming DNA binding activity
Acquisition of m1 Protein screened as described above, Ntl
In order to confirm the DNA binding ability of im1, it was attempted to produce the required amount of this in E. coli.

【0033】まず、配列番号1に示す塩基配列を有する
DNA断片(Ntlim1遺伝子)を、Ntlim1翻
訳開始コドン領域又は翻訳停止コドン領域に結合し、制
限酵素BamHIサイトを含むプライマーを用いてPC
R法により増幅させた。このDNA断片を制限酵素Ba
HIで消化後、これを発現プラスミドpGEX−2T
K(Pharmacia Biotech社)のBam
HIサイトに挿入し、さらに、そのジャンクション部位
の塩基配列を調査することにより、インサートDNAの
方向とフレームの正確さを確認した。かかるベクターを
用いてNtlim1を産生させた場合、Ntlim1は
tacプロモーターの制御下でGST融合タンパクとし
て得られることとなる。
First, a DNA fragment (Ntlim1 gene) having the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 is linked to the Ntlim1 translation start codon region or translation stop codon region, and a PC containing a restriction enzyme Bam HI site is used for PC.
It was amplified by the R method. This DNA fragment is used as the restriction enzyme Ba
After digestion with m HI, the expression plasmid pGEX-2T
Bam of K (Pharmacia Biotech)
The orientation of the insert DNA and the correctness of the frame were confirmed by inserting into the HI site and further examining the base sequence of the junction site. When Ntlim1 is produced using such a vector, Ntlim1 will be obtained as a GST fusion protein under the control of the tac promoter.

【0034】次いで、作成した発現プラスミドを大腸菌
JM109のコンピテントセル(東洋紡績製)に導入
し、この大腸菌を、抗生物質としてアンピシリン100
mg/lを含むLB寒天培地(トリプトン1%、食塩
0.5%及び酵母エキス0.5%)で培養することによ
り、Ntlim1遺伝子が導入された形質転換体を選択
した。この形質転換体をLB培地1mlに植菌し、37
℃、200rpmで一晩前培養後、アンピシリン含有L
B培地(アンピシリン濃度100mg/l)30ml
で、37℃、200rpmにて振とう培養した。そし
て、OD600が約1.0になった時点で、培地中に、
IPTGを終濃度が2mMになるように加え、さらに3
7℃、100rpmにて振とう培養を続けた。5時間
後、菌体を遠心分離により集菌してPBS緩衝液(14
0mM NaCl、2.7mM Kcl、10.1mM
NaHPO、1.8mM KHPO、pH
7.3)に懸濁し、再び遠心分離を行って菌体を回収し
た。
Then, the prepared expression plasmid was introduced into a competent cell of Escherichia coli JM109 (manufactured by Toyobo Co., Ltd.), and this E. coli was used as an antibiotic for ampicillin 100.
A transformant in which the Ntlim1 gene had been introduced was selected by culturing in LB agar medium containing 1 mg / l (tryptone 1%, salt 0.5% and yeast extract 0.5%). This transformant was inoculated in 1 ml of LB medium and
After overnight preculture at 200 rpm, ampicillin-containing L
B medium (ampicillin concentration 100 mg / l) 30 ml
At 37 ° C. and 200 rpm, shaking culture was performed. Then, when the OD600 reached about 1.0, in the medium,
Add IPTG to a final concentration of 2 mM, then add 3 more
Shaking culture was continued at 7 ° C. and 100 rpm. After 5 hours, the bacterial cells were collected by centrifugation and the PBS buffer solution (14
0 mM NaCl, 2.7 mM Kcl, 10.1 mM
Na 2 HPO 4 , 1.8 mM KH 2 PO 4 , pH
The cells were suspended in 7.3) and centrifuged again to collect bacterial cells.

【0035】得られた菌体は2mlのPBS緩衝液に懸
濁し、この懸濁液ごと超音波処理に付してこれを破砕
し、遠心分離(15000、15分)によって上清
(可溶性画分)を分離した。この可溶性画分についてS
DS−ポリアクリルアミド電気泳動を行い、目的のタン
パク、即ちNtlim1−GST融合タンパクが誘導発
現していることを確認した後、この画分を対象に以下の
操作を行った。
The obtained bacterial cells were suspended in 2 ml of PBS buffer solution, and the suspension was subjected to ultrasonic treatment to crush it, followed by centrifugation (15000 g , 15 minutes) to obtain a supernatant (soluble fraction). Min) was separated. S for this soluble fraction
After performing DS-polyacrylamide electrophoresis and confirming that the target protein, that is, the Ntlim1-GST fusion protein was inducibly expressed, the following operation was performed on this fraction.

【0036】まず、グルタチオンセファロース4B(P
harmacia Biotech社)50%スラリー
10μlをこの画分に加えて撹拌し、室温で30分間放
置することによりNtlim1−GST融合タンパクを
このグルタチオンセファロース4Bに吸着させた。こう
して目的タンパクを吸着させたグルタチオンセファロー
ス4Bは遠心分離(500、5分)により回収し、P
BS緩衝液で3回洗浄した後、Ntlim1のみをここ
から溶出させ、単離した。即ち、回収・洗浄したグルタ
チオンセファロース4BにPBS緩衝液19μlとトロ
ンビンプロテアーゼ(1cleavage unit:
PBS中、GST融合タンパク100μgを16時間で
90%分解することのできる酵素量。)1μlを加えて
懸濁し、室温下で2時間放置後、遠心分離(500
5分)により上清を分離した。そして、この上清につい
てSDS−ポリアクリルアミド電気泳動を行うことによ
り、Ntlim1を単離した。
First, glutathione sepharose 4B (P
10 μl of 50% slurry (Harmcia Biotech) was added to this fraction, stirred, and allowed to stand for 30 minutes at room temperature to adsorb the Ntlim1-GST fusion protein to this glutathione sepharose 4B. Glutathione Sepharose 4B thus adsorbing the target protein was recovered by centrifugation (500 g , 5 minutes),
After washing 3 times with BS buffer, only Ntlim1 was eluted from here and isolated. That is, the collected and washed glutathione Sepharose 4B was mixed with 19 μl of PBS buffer and thrombin protease (1 cleavage unit:
Enzyme amount capable of decomposing 90% of GST fusion protein 100 μg in PBS in 16 hours. ) 1 μl was added and suspended, and the suspension was left at room temperature for 2 hours and then centrifuged (500 g ,
The supernatant was separated by 5 minutes). Then, Ntlim1 was isolated by performing SDS-polyacrylamide electrophoresis on this supernatant.

【0037】6.Ntlim1のDNA結合活性の確認 5にて単離されたNtlim1を用い、ゲル移動度シフ
ト法により、そのDNA結合活性を確認した。
6. Confirmation of DNA binding activity of Ntlim1 The DNA binding activity was confirmed by gel mobility shift method using Ntlim1 isolated in 5.

【0038】精製Ntlim1 2μgを結合緩衝液
(10mM Hepes、pH7.5、50mM Na
Cl、1mM EDTA)10μlに溶解し、これに、
プローブとして3にて使用したP−BOX領域を含むD
IG標識二本鎖合成オリゴヌクレオチド10nmol、
キャリアーDNAとしてサケ精子DNA2μgを加え、
室温で20分間放置した。
2 μg of purified Ntlim1 was added to a binding buffer (10 mM Hepes, pH 7.5, 50 mM Na).
Cl, 1 mM EDTA) 10 μl, and
D containing the P-BOX region used in 3 as a probe
IG-labeled double-stranded synthetic oligonucleotide 10 nmol,
Add 2 μg of salmon sperm DNA as carrier DNA,
It was left at room temperature for 20 minutes.

【0039】この結合反応液について、1×TAE
(6.7mM Tris−Hcl、pH7.9、1mM
EDTA、3.3mM 酢酸ナトリウム)を含む5%
ポリアクリルアミドゲルを用いて100Vで電気泳動を
行い、遊離プローブがゲルから流れ出る前にこれを終了
させた。そして、その泳動パターンをゲルからナイロン
メンブランフィルターに転写し、3と同様にして化学発
光検出を行った結果、Ntlim1が本来示す泳動バン
ドとは異なる位置にシフトしたバンドが観察され、DN
A−タンパク複合体の存在が確認された。また、このシ
フトバンドは、上記結合反応液に非標識プローブ(DI
G標識をしていない他は、シフトバンドの検出に用いた
ものと全く同じプローブ。)1μmolをさらに添加
し、同様の条件で電気泳動を行ったものでは消失してい
た。従って、Ntlim1タンパクとP−BOX配列と
の結合は特異的であることがわかる。
About this binding reaction solution, 1 × TAE
(6.7 mM Tris-Hcl, pH 7.9, 1 mM
5% with EDTA, 3.3 mM sodium acetate)
Electrophoresis was performed on a polyacrylamide gel at 100 V, which was terminated before free probe flowed out of the gel. Then, the electrophoretic pattern was transferred from the gel to a nylon membrane filter, and chemiluminescence detection was performed in the same manner as in 3. As a result, a band shifted to a position different from the electrophoretic band originally exhibited by Ntlim1 was observed.
The presence of the A-protein complex was confirmed. In addition, this shift band is a non-labeled probe (DI
Except that it is not labeled with G, the probe is exactly the same as that used for detecting the shift band. ) When 1 μmol was further added and electrophoresis was performed under the same conditions, it disappeared. Therefore, it can be seen that the binding between the Ntlim1 protein and the P-BOX sequence is specific.

【0040】7.Ntlim1による発現調節活性の検
まず、Ntlim1遺伝子を植物で発現させるため、プ
ラスミドpBI221(Clontech社)のβ−グ
ルクロニダーゼ遺伝子の位置に、Ntlim1遺伝子を
含むDNA断片をセンス方向に組込み、このプラスミド
をエフェクターとして使用した。このエフェクターにお
いて、Ntlim1遺伝子が組込まれた部分の模式図
を、図1として示す。また、これとは別に、P−BOX
配列を3回繰返した二本鎖オリゴDNAと、P−BOX
配列と同様、CAD遺伝子等の5′非翻訳領域に共通し
て存在するいわゆるG−BOX配列(−CCACGTG
G−)を3回繰返した二本鎖オリゴDNAとを、G−B
OX配列が上流となるよう直列に連結し、これをさら
に、予めCaMV35SプロモーターのEcoRVサイ
ト(−90bp)に挿入しておいたβ−グルクロニダー
ゼ(GUS)遺伝子の上流側に連結して融合遺伝子を作
成した。そして、この融合遺伝子をpUC19に組込
み、このプラスミドをレポーターとして使用した。即
ち、本実施例では、Ntlim1の機能をより簡便に明
らかにするため、これが作用するP−BOX配列の下流
域には、本来存在するはずのCAD遺伝子等ではなく、
その発現の検出が極めて容易なGUS遺伝子をモデル的
に配置した。なお、この場合、G−BOX配列はエンハ
ンサーとして働くものと考えられる。このレポーターに
おいて、融合遺伝子が組込まれた部分の模式図を、図2
として示す。
7. Detection of expression regulation activity by Ntlim1
First, to express the Ntlim1 gene in plants, the position of the β- glucuronidase gene of the plasmid pBI221 (Clontech Co.) incorporating a DNA fragment containing the Ntlim1 gene in the sense direction, using this plasmid as an effector. In this effector, a schematic diagram of a portion in which the Ntlim1 gene is integrated is shown as FIG. Also, apart from this, P-BOX
Double-stranded oligo DNA in which the sequence was repeated three times, and P-BOX
Similar to the sequence, the so-called G-BOX sequence (-CCACGTG) commonly present in the 5'untranslated region of the CAD gene and the like.
G-) was repeated 3 times to obtain a double-stranded oligo DNA,
The fusion gene was ligated in tandem so that the OX sequence would be upstream, and further ligated to the upstream side of the β-glucuronidase (GUS) gene that had been inserted into the Eco RV site (-90 bp) of the CaMV35S promoter in advance. Created. Then, this fusion gene was integrated into pUC19, and this plasmid was used as a reporter. That is, in this example, in order to clarify the function of Ntlim1 more simply, in the downstream region of the P-BOX sequence on which it acts, not the CAD gene or the like which should originally exist,
The GUS gene whose expression was extremely easy to detect was placed as a model. In this case, the G-BOX sequence is considered to act as an enhancer. In this reporter, a schematic diagram of the portion in which the fusion gene is integrated is shown in FIG.
Show as.

【0041】なお、上記のようにして作成した2種の組
換えプラスミドは、いったん大腸菌JM109のコンピ
テントセルに導入し、この大腸菌を培養することにより
増幅させて、最終的にはそれぞれ約1mgのプラスミド
DNAを取得した。このときの大腸菌の培養はLB培地
を用い、温度37℃、振とう速度200rpmで行っ
た。また、大腸菌からのプラスミドDNAの単離・精製
は定法に従って行った。
The two kinds of recombinant plasmids prepared as described above were introduced into competent cells of Escherichia coli JM109 and amplified by culturing the E. coli, and finally about 1 mg of each was obtained. Plasmid DNA was obtained. The culture of E. coli at this time was carried out using an LB medium at a temperature of 37 ° C. and a shaking speed of 200 rpm. The isolation and purification of plasmid DNA from E. coli was performed according to a standard method.

【0042】一方、岡田らの方法(K.Okada e
t al.、Plant CellPhysiol.、
Vol.27、619、1986)に従って、タバコ培
養細胞BY−2よりプロトプラストを調製した。次い
で、エレクトロポレーション緩衝液(5mM MES、
30mM Kcl、0.3Mマンニトール、pH5.
8)1mlに懸濁したこのプロトプラスト約3×10
個に電気パルス(200V、250μF)を与え、エレ
クトロポレーション法にてレポーター10μg又はレポ
ーターとエフェクター各10μgを導入した(遺伝子導
入装置GenePulser(バイオラッド社製)を使
用。)。こうして遺伝子導入処理を行ったプロトプラス
トは0.4Mマンニトールで洗浄し、プロトプラスト用
培地(ムラシゲ・スクーグ培地用混合塩類(日本新薬
製)に0.4Mマンニトールを添加)にて温度25℃で
24時間培養した後、破砕し、Jeffersonらの
方法(R.Jefferson et el.、EMB
O J.、vol.6、p.3901−3907、19
97)によりGUS活性を測定した。その結果、レポー
ターとエフェクターを同時に導入したプロトプラストで
は、レポーターのみを導入したものに比べ、約3倍も高
いGUS遺伝子の発現が検出された。これは、エフェク
ターのNtlim1遺伝子に由来するタンパク、Ntl
im1の効果により、レポーターにおいてP−BOX配
列の下流域に連結されたGUS遺伝子の発現が大きく促
進されたこと、即ち、このNtlim1がP−BOX配
列に結合してその下流域に存在する遺伝子の発現を促進
する転写因子であり、また、これをコードするNtli
m1遺伝子をセンス遺伝子として植物体に導入してやる
ことにより、このNtlim1が制御している遺伝子の
発現が促進されることを示すものである。
On the other hand, the method of Okada et al. (K. Okada e
t al. , Plant Cell Physiol. ,
Vol. 27, 619, 1986), protoplasts were prepared from BY-2 cultured tobacco cells. Then electroporation buffer (5 mM MES,
30 mM Kcl, 0.3 M mannitol, pH 5.
8) About 3 × 10 6 of this protoplast suspended in 1 ml
An electric pulse (200 V, 250 μF) was applied to each individual, and 10 μg of the reporter or 10 μg of each of the reporter and the effector was introduced by the electroporation method (using a gene transfer device GenePulser (manufactured by Bio-Rad)). Protoplasts thus treated with gene transfer were washed with 0.4 M mannitol, and cultured in a protoplast medium (mixed salts for Murashige-Skoog medium (manufactured by Nippon Shinyaku Co., Ltd., with 0.4 M mannitol) added) at a temperature of 25 ° C. for 24 hours. And then crushed and subjected to the method of Jefferson et al. (R. Jefferson et al., EMB.
OJ. , Vol. 6, p. 3901-3907, 19
GUS activity was measured according to 97). As a result, in the protoplasts in which the reporter and the effector were simultaneously introduced, the expression of the GUS gene which was about 3 times higher than that in the case where the reporter alone was introduced was detected. This is a protein derived from the effector Ntlim1 gene, Ntl.
The expression of the GUS gene linked to the downstream region of the P-BOX sequence in the reporter was greatly promoted by the effect of im1, that is, this Ntlim1 binds to the P-BOX sequence and the expression of the gene existing in the downstream region is increased. Ntli is a transcription factor that promotes expression and also encodes it.
It is shown that the expression of the gene controlled by Ntlim1 is promoted by introducing the m1 gene as a sense gene into a plant.

【0043】[実施例2]1.タバコへのセンス及びアンチセンスNtlim1遺
伝子の導入 Ntlim1遺伝子を植物に導入するためのベクターと
してプラスミドpBI121(Clontech社)を
用い、実施例1の7で作成したエフェクターの場合と同
様の位置に、このプラスミドにNtlim1遺伝子を、
センス又はアンチセンス方向に組込んだ。得られた組換
えプラスミドについて、挿入したNtlim1遺伝子の
方向を制限酵素消化実験によって決定した後、これをエ
レクトロポレーション法によりA.ツメファシエンスE
HA105に導入した(10%グリセロール中、電気パ
ルスとして2500V、25μFを与える。)。続い
て、このA.ツメファシエンスをカナマイシン100m
g/lを含むLB培地で28℃、2日間培養することに
より選抜して、組換えプラスミドが導入された個体のみ
を得た。
[Example 2] 1. Tobacco Sense and Antisense Ntlim1
Using the plasmid pBI121 (Clontech) as a vector for introducing the Ntlim1 gene into a plant, the Ntlim1 gene was added to this plasmid at the same position as in the case of the effector created in 7 of Example 1.
Incorporated in sense or antisense orientation. The orientation of the inserted Ntlim1 gene in the obtained recombinant plasmid was determined by a restriction enzyme digestion experiment, and this was then electroporated into A. Tumefacience E
Introduced into HA105 (apply 2500 V, 25 μF as an electric pulse in 10% glycerol). Then, this A. Tumefaciens 100m kanamycin
Selection was carried out by culturing in LB medium containing g / l at 28 ° C. for 2 days to obtain only individuals into which the recombinant plasmid had been introduced.

【0044】一方、Ntlim1遺伝子を導入する植物
としては、タバコ(Nicotiana tabacu
L cv.SR−1)を材料として使用した。即ち、
無菌状態で育成した実生苗(発芽後、約4週間経過。)
の葉を5mm角に切断し、得られた葉片を、組替えプラ
スミド導入A.ツメファシエンスの培養液に、その葉の
表皮を下にして1〜3分間浸漬することにより、この
A.ツメファシエンスに感染させてNtlim1遺伝子
を導入した。感染処理後の葉片は、滅菌した紙タオル等
により付着している培養液を除去してから、カルス誘導
培地(ムラシゲ・スクーグ基本培地、3%しょ糖、0.
25%ゲランガム、1mg/lナフタレン酢酸、0.1
mg/lベンジルアデニン)に置床し、25℃連続照明
下で3日間培養、次いで、シュート形成用培地(ムラシ
ゲ・スクーグ基本培地、3%しょ糖、0.25%ゲラン
ガム、0.1mg/lナフタレン酢酸、1mg/lベン
ジルアデニン、100mg/lカナマイシン、500m
g/lカルベニシリン)に移植し、同じ温度・光条件下
で培養を続け、茎葉を分化させた。
On the other hand, examples of plants into which the Ntlim1 gene is introduced include tobacco ( Nicotiana tabacu).
m L cv. SR-1) was used as the material. That is,
Seedlings grown under aseptic conditions (approx. 4 weeks after germination)
The leaves were cut into 5 mm squares, and the resulting leaf pieces were used for the recombinant plasmid introduction A. By dipping the leaf epidermis downward in a culture solution of Tumefaciens for 1 to 3 minutes, the A. The Ntlim1 gene was introduced by infecting Tumefaciens. The leaf pieces after the infection treatment were treated with a sterilized paper towel or the like to remove the adhered culture solution, and then the callus induction medium (Murashige-Skoog basal medium, 3% sucrose, 0.
25% gellan gum, 1 mg / l naphthalene acetic acid, 0.1
(mg / l benzyladenine) and cultured for 3 days under continuous lighting at 25 ° C., then shoot forming medium (Murashige-Skoog basal medium, 3% sucrose, 0.25% gellan gum, 0.1 mg / l naphthalene acetic acid) 1 mg / l benzyladenine, 100 mg / l kanamycin, 500 m
(g / l carbenicillin) and continued to be cultured under the same temperature and light conditions to differentiate the foliage.

【0045】分化した茎葉は、シュート形成用培地での
培養から約4週間後に切取り、カナマイシン100mg
/lとカルベニシリン500mg/lを含むムラシゲ・
スクーグ基本培地(しょ糖3%、寒天0.8%又はゲラ
ンガム0.25%も添加。)に移植して、さらに同じ温
度・光条件下で約4週間培養することにより発根させ
た。発根した個体は、メトロミックス350(Scot
ts−SierreaHorticulture Co
mpany社)を培養土として25℃の温室で生育させ
た。
The differentiated foliage was cut out after about 4 weeks of culture in a shoot forming medium, and 100 mg of kanamycin
/ L and carbenicillin 500mg / l
The roots were rooted by transplanting to Skoog basal medium (adding sucrose 3%, agar 0.8% or gellan gum 0.25%) and further culturing for about 4 weeks under the same temperature and light conditions. The rooted individual is a Metromix 350 (Scot
ts-Sierrea Horticulture Co
(company) was used as a culture soil and grown in a greenhouse at 25 ° C.

【0046】2.Ntlim1遺伝子が導入されたタバ
コの解析 2−1.PCR法による解析 1で生育した形質転換タバコの葉から、定法によりゲノ
ムDNAを抽出し、カナマイシン耐性酵素遺伝子中の塩
基配列に対応したオリゴヌクレオチドをプローブとし
て、PCRを行なった。その結果、すべてのPCRサン
プルにおいてNtlim1遺伝子の増幅が検出され、分
析に供した形質転換体25個体全てが、センス又はアン
チセンスNtlim1遺伝子を有していることが確認さ
れた(センス形質転換体13個体。アンチセンス形質転
換体12個体。)。
2. Taba introduced with Ntlim1 gene
Analysis of Ko 2-1. Genomic DNA was extracted from the transformed tobacco leaves grown in Analysis 1 by PCR method by a standard method, and PCR was performed using an oligonucleotide corresponding to the nucleotide sequence in the kanamycin resistance enzyme gene as a probe. As a result, amplification of the Ntlim1 gene was detected in all PCR samples, and it was confirmed that all 25 transformants used in the analysis had the sense or antisense Ntlim1 gene (sense transformant 13 Individuals: 12 antisense transformants.).

【0047】2−2.ノーザンハイブリダイゼーション
法による解析 2−1においてNtlim1遺伝子の存在が確認された
形質転換タバコ(8週齢)から、センス形質転換体(セ
ンス方向にNtlim1遺伝子が導入されたもの。)と
アンチセンス形質転換体(アンチセンス方向にNtli
m1遺伝子が導入されたもの。)それぞれ2個体を選択
し、その茎から、酸グアニジンフェノールクロロホルム
法により全RNAを抽出した。また同時に、コントロー
ルとして、形質転換されていないタバコからも全RNA
を抽出した。
2-2. Analysis by Northern hybridization method From the transformed tobacco (8-week-old) in which the presence of the Ntlim1 gene was confirmed in 2-1, a sense transformant (in which the Ntlim1 gene was introduced in the sense direction) and antisense transformation. Body (Ntli in antisense direction
Introduced m1 gene. ) Two individuals were selected and total RNA was extracted from their stems by the acid guanidine phenol chloroform method. At the same time, as a control, total RNA was also obtained from untransformed tobacco.
Was extracted.

【0048】抽出した全RNAは、その10μgについ
て、終濃度0.66Mホルムアルデヒドを含む1.2%
アガロースゲルと1×MOPS緩衝液(20mM MO
PS/pH7.0、5mM酢酸ナトリウム、0.5mM
EDTA)を用い、60Vで2時間電気泳動を行って
分画した。泳動後、その泳動パターンをゲルからナイロ
ンメンブランフィルターに転写し、このナイロンメンブ
ランフィルターについてノーザンハイブリダイゼーショ
ンを行った。
10 μg of the extracted total RNA was 1.2% containing a final concentration of 0.66 M formaldehyde.
Agarose gel and 1x MOPS buffer (20 mM MOPS
PS / pH 7.0, 5 mM sodium acetate, 0.5 mM
(EDTA) and electrophoresed at 60 V for 2 hours for fractionation. After the migration, the migration pattern was transferred from the gel to a nylon membrane filter, and this nylon membrane filter was subjected to Northern hybridization.

【0049】ノーザンハイブリダイゼーションは、Nt
lim1遺伝子の他、タバコのゲノムDNAからPCR
法により増幅して得られたPAL遺伝子(820bp)
と4CL遺伝子(610bp)をプローブとして用い、
実施例1の3と同様、ノンラジオアイソトープDIG−
核酸検出法に従って行った。図3に、ノーザンハイブリ
ダイゼーション後の上記ナイロンメンブランフィルター
について、化学発光させた結果を示す。
Northern hybridization is performed using Nt.
PCR from genomic DNA of tobacco other than lim1 gene
PAL gene (820 bp) obtained by amplification by the method
And 4CL gene (610 bp) as a probe,
Similar to 3 of Example 1, non-radioisotope DIG-
The nucleic acid detection method was used. FIG. 3 shows the results of chemiluminescence of the above nylon membrane filter after Northern hybridization.

【0050】図3より、形質転換体におけるNtlim
1遺伝子の発現は、非形質転換体C(lane5)と比
較して、センス形質転換体OP1、OP2(lane
1、2)では強く、逆にアンチセンス形質転換体UP
1、UP2(lane3、4)では弱いことが分かる。
また、センス形質転換体OP1とOP2では、PAL遺
伝子、4CL遺伝子についても非形質転換体Cより強い
発現が認められ、特にこの傾向はOP2において顕著で
あった。一方、アンチセンス形質転換体UP2では、P
AL遺伝子と4CL遺伝子の発現が殆ど完全に抑制され
ていた。なお、アンチセンス形質転換体UP1におい
て、PAL遺伝子や4CL遺伝子の発現がそれほど抑制
されなかったのは、この個体におけるアンチセンス遺伝
子の導入量(PAL遺伝子、4CL遺伝子の発現が殆ど
完全に抑制されたアンチセンス形質転換体UP2では、
Ntlim1のアンチセンス遺伝子が植物ゲノム中に多
コピー導入されているものと考えられる。)や、これが
導入された植物ゲノム中の位置による効果が影響を与え
ているものと考えられる。
From FIG. 3, Ntlim in the transformant is shown.
Expression of the 1 gene was higher than that of the non-transformant C (lane5) in the sense transformants OP1 and OP2 (lane5).
In 1 and 2), it was strong, and conversely, antisense transformant UP
1 and UP2 (lane3, 4) are weak.
Further, in the sense transformants OP1 and OP2, stronger expression of the PAL gene and the 4CL gene was observed than in the non-transformant C, and this tendency was particularly remarkable in OP2. On the other hand, in the antisense transformant UP2, P
The expression of AL gene and 4CL gene was almost completely suppressed. In the antisense transformant UP1, the expression of the PAL gene and the 4CL gene was not significantly suppressed because the introduced amount of the antisense gene (the expression of the PAL gene and the 4CL gene was almost completely suppressed in this individual). In the antisense transformant UP2,
It is considered that multiple copies of the Ntlim1 antisense gene were introduced into the plant genome. ), And the effect of the position in the plant genome into which it was introduced is considered to have an influence.

【0051】これらの結果より、Ntlim1遺伝子、
即ち、本発明に係るDNAは、PAL遺伝子、4CL遺
伝子の発現を促進・抑制できることが明らかとなった。
また、本発明は、本発明に係るDNAから合成される転
写因子が、これらの遺伝子のP−BOX、あるいはこれ
に類似の5′非翻訳領域共通配列に結合して働くもので
あることをその基本原理としているため、これによる遺
伝子の発現・促進効果は、上記PAL遺伝子や4CL遺
伝子に限らず、このような共通配列を有する遺伝子であ
れば、その種類を問わず発揮できるものである
From these results, the Ntlim1 gene,
That is, it was revealed that the DNA according to the present invention can promote and suppress the expression of PAL gene and 4CL gene.
The present invention also provides that the transcription factor synthesized from the DNA of the present invention acts by binding to P-BOX of these genes or a similar 5'untranslated region common sequence thereof. Since this is the basic principle, the gene expression / promotion effect by this is not limited to the above-mentioned PAL gene and 4CL gene, and any gene having such a common sequence can be exerted regardless of its type.

【0052】[0052]

【発明の効果】本発明により、その5′非翻訳領域に所
定の共通配列を有する遺伝子の発現を、特異的に促進・
抑制することが可能となった。
INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, the expression of a gene having a predetermined common sequence in its 5'untranslated region is specifically promoted.
It became possible to suppress.

【0053】即ち、本発明によれば、かかる共通配列を
有するCAD遺伝子、4CL遺伝子、PAL遺伝子、P
RX遺伝子等の植物のフェニルプロパノイド生合成経路
に関与する遺伝子の制御が可能である。
That is, according to the present invention, the CAD gene, 4CL gene, PAL gene, P
It is possible to control genes involved in the plant phenylpropanoid biosynthetic pathway such as the RX gene.

【0054】また、上記のCAD等は、フェニルプロパ
ノイド生合成経路のなかでも、特にリグニン生合成経路
に深く関わっている酵素であるため、これらの遺伝子の
発現を制御できる本発明によれば、低リグニン性樹木の
作出等、紙・パルプの原料として有望な樹木の開発が可
能となる。
Further, since the above CAD and the like are enzymes deeply involved in the lignin biosynthetic pathway among the phenylpropanoid biosynthetic pathways, according to the present invention, which can control the expression of these genes, It enables the development of promising trees as raw materials for paper and pulp, including the production of low-lignin trees.

【配列表】[Sequence list]

配列番号:1 配列の長さ:988 配列の型:核酸 配列の種類:cDNA to mRNA 起源 生物名:ニコチアナ・タバカム(Nicotiana
tobacum) 組織の種類:葉 配列の特徴 特徴を表す記号:CDS 存在位置:100..702 特徴を決定した方法:E 特徴を表す記号:domain 存在位置:127..282 特徴を決定した方法:S 他の情報:zing finger motifの一種
であるLIM domain 特徴を表す記号:domain 存在位置:427..582 特徴を決定した方法:S 他の情報:zing finger motifの一種
であるLIM domain 配列
SEQ ID NO: 1 Sequence length: 988 Sequence type: Nucleic acid Sequence type: cDNA to mRNA Origin organism name: Nicotiana ( Nicotiana)
Tobacum ) Tissue type: Leaf array features Symbols representing features: CDS Location: 100. . 702 Method for determining feature: E Feature symbol: domain Location: 127. . 282 Method of determining feature: S Other information: LIM domain which is a type of zing finger motif, symbol representing feature: domain Location: 427. . 582 Method of determining features: S Other information: LIM domain sequence which is a kind of zing finger motif

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】実施例1で使用したエフェクターにおいて、N
tlim1遺伝子が組込まれた部分を示す模式図であ
る。
FIG. 1 shows the effector used in Example 1 with N
It is a schematic diagram which shows the part in which the tlim1 gene was integrated.

【図2】実施例1で使用したレポーターにおいて、P−
BOX配列を有する融合遺伝子が組込まれた部分を示す
模式図である。
2] In the reporter used in Example 1, P-
It is a schematic diagram which shows the part in which the fusion gene which has a BOX sequence was integrated.

【図3】Ntlim1遺伝子がセンス又はアンチセンス
方向に導入されたタバコにおける、各種遺伝子の発現状
況を示した図である。
FIG. 3 is a diagram showing the expression status of various genes in tobacco into which the Ntlim1 gene has been introduced in the sense or antisense direction.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C12R 1:91) C12N 5/00 C (C12N 15/09 ZNA C12R 1:91) (C12P 21/02 C12R 1:91) (56)参考文献 特開 平10−94392(JP,A) Baltz R.et al.,Pl ant Journal,Vol.2 (5),pp.713−721(1992) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C12N 15/09 ZNA A01H 5/00 C12N 5/10 C12P 21/02 BIOSIS(DIALOG) WPIDS(STN) SwissProt/PIR/GeneS eq GenBank/EMBL/DDBJ/G eneSeq─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI C12R 1:91) C12N 5/00 C (C12N 15/09 ZNA C12R 1:91) (C12P 21/02 C12R 1:91) ( 56) References JP-A-10-94392 (JP, A) Baltz R. et al. et al. , Pl ant Journal, Vol. 2 (5), pp. 713-721 (1992) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) C12N 15/09 ZNA A01H 5/00 C12N 5/10 C12P 21/02 BIOSIS (DIALOG) WPIDS (STN) SwissProt / PIR / GeneS eq GenBank / EMBL / DDBJ / Gene Seq

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 配列番号1に示す塩基配列からなるDN
A。
1. A DN comprising the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1.
A.
【請求項2】 配列番号1に示す塩基配列からなるDN
Aとストリンジェントな条件でハイブリダイズし、かつ
フェニルプロパノイド生合成経路を制御する転写因子を
コードするDNA。
2. A DN comprising the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1.
A DNA that hybridizes with A under stringent conditions and that encodes a transcription factor that controls the phenylpropanoid biosynthetic pathway.
【請求項3】 請求項1又は2に記載のDNAを有する
組替えベクター。
3. A recombinant vector having the DNA according to claim 1 or 2.
【請求項4】 請求項1又は2に記載のDNAをセンス
方向に有する組替えベクター。
4. A recombinant vector having the DNA according to claim 1 or 2 in the sense direction.
【請求項5】 請求項1又は2に記載のDNAをアンチ
センス方向に有する組替えベクター。
5. A recombinant vector having the DNA according to claim 1 or 2 in the antisense direction.
【請求項6】 請求項1又は2に記載のDNAが導入さ
れた植物細胞。
6. A plant cell into which the DNA according to claim 1 or 2 is introduced.
【請求項7】 請求項6に記載の植物細胞から再生され
た植物体。
7. A plant regenerated from the plant cell according to claim 6.
【請求項8】 請求項1又は2に記載のDNAによりコ
ードされるタンパク質。
8. A protein encoded by the DNA according to claim 1 or 2.
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